EuroWire July 2016

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Articolo tecnico
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per simulare sia la cinematica (rapporto
di trasmissione) sia la dinamica (carichi
reciproci) che si verificano in qualsiasi
coppia di ingranaggi.
La Figura 4 illustra il sistema a detorsione
degli ingranaggi. Si può vedere facilmente
che la “funzione ingranaggio” di
RecurDyn® è stata ampiamente utilizzata
data la conformazione della catena di
trasmissione.
Quando si esegue ciascuna simulazione,
tutti i carichi vengono automaticamente
combinati lungo le catene di trasmissione,
determinando una stima precisa della
potenza richiesta per tutti gli alberi
motore.
Come parti attive della macchina, i
motori elettrici sono modellati tenendo
in considerazione l’inerzia effettiva delle
parti rotanti e utilizzando le reali curve
costruttive (coppia e velocità) di motori a
induzione moderni.
Altrimenti, utilizzando motori ideali
(molto facile e semplice in RecurDyn®)
si rischierebbe di ottenere una risposta
imprecisa.
In realtà, un simile approccio potrebbe
generare picchi di coppia irrealistici nei
segnali simulati; semplicemente non
esistono motori con coppia illimitata.
La Figura 5 mostra un esempio delle leggi
relative ai motori.
Simulazione dinamica
e risultati
Vengono eseguite numerose simulazioni
dinamiche e vengono analizzati più di 60
casi, sulla base dei diversi casi di carico
possibili definiti preliminarmente.
Ciascuna simulazione dinamica è
composta da tre fasi: l’accelerazione (da 0
alla velocità massima), una condizione di
stato stazionario alla velocità massima e
la frenatura di emergenza (decelerazione
dalla velocità massima a zero in pochi
secondi).
Dal grande volume di dati raccolti è
possibile definire tutte le informazioni
necessarie per la progettazione; in
particolare la potenza massima richiesta
per i motori e la coppia e velocità massime
su ciascuna parte.
Questi dati sono fondamentali per la
corretta scelta dei motori e per una buona
progettazione strutturale dei componenti
(rotore, culle, giunti, ecc.).
La Figura 6 illustra i risultati in termini di
velocità di rotazione e coppia per ciascuna
parte della catena di trasmissione.
La Figura 7 mostra la potenza di una
coppia di motore tipica in un ingranaggio.
I picchi, chiaramente visibili nella curva,
sono dovuti allo sbilanciamento delle
bobine.
Risultati dinamici
come dati strutturali
Come spiegato in precedenza, i risultati
ottenuti dalla simulazione dinamica
costituiscono i dati di partenza utilizzati
per la simulazione strutturale.
Utilizzando il software strutturale CAE
ANSYS Workbench®, che è direttamente
collegato con RecurDyn®, MFL esegue
la simulazione del comportamento
meccanico dei componenti principali della
trefolatrice planetaria.
L’obiettivo è di verificare che tutti i
componenti siano conformi alle specifiche
di resistenza e deformabilità.
Su una trefolatrice planetaria, tutti i
componenti sono sottoposti a fatica
(la Figura 8 mostra il carico sul telaio
principale di una culla in rotazione attorno
al proprio asse) cosicché i tecnici utilizzano
metodi specifici per la verifica della
struttura saldata sottoposta a fatica come i
metodi “hot spot”, Radaj, ecc.
La Figura 9 mostra la deformazione e la
tensione Von Mises equivalente su una
culla in due posizioni.
Infine, è stato effettuato un controllo delle
frequenze Eigen di tutte le parti della
macchina per evitare qualsiasi rischio di
risonanza.
▲ ▲ Figura 4: Detorsione planetaria
▼ ▼ Figura 5: Curve della coppia e potenza in un motore
a induzione
▲
▲ Figura 6: Velocità e coppia su ciascun albero di
detorsione
Coppia (Nm)
Velocità (giri/minuto)
Potenza (kW)
Velocità (giri/minuto)
▲ ▲ Figure 7: Curva della coppia di un ingranaggio
Dispositivo di detorsione 1 – ruota 2 –
grandezza coppia motore (Nm)Tempo (s)
▲ ▲ Figura 8: Carico sulle culle
Forza orizzontale
Forza verticale